JP7271367B2

JP7271367B2 - 内燃機関の吸気流制御装置

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Publication number: JP7271367B2
Application number: JP2019152522A
Authority: JP
Inventors: 隆金子
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2019-08-23
Publication date: 2023-05-11
Anticipated expiration: 2039-08-23
Also published as: JP2021032126A

Description

本発明は、内燃機関の吸気通路を仕切る隔壁プレートを備えた内燃機関の吸気流制御装置に関する。

従来、自動車等の車両の内燃機関において、燃焼室内に流入する吸気にタンブル流（縦渦）を発生させるために、燃焼室近傍において吸気通路を２つの通路に仕切り、一方の通路を塞いで他方の通路を通る吸気の流速を高める吸気流制御装置が開発されている（例えば、特許文献１）。

図８は、タンブル流を発生させる従来の内燃機関の吸気流制御装置を示す図である。吸気流制御装置１００は、吸気通路１１０内に、吸気通路１１０を二つの通路１１１，１１２に仕切る隔壁プレート１２０を備えており、仕切られた通路のうち、一方の通路１１１の上流側に、この通路１１１を開閉可能な制御弁１２６が設置されている。

この吸気流制御装置１００では、一方の通路１１１を制御弁１２６で閉塞して、他方の通路１１２から燃焼室１３０内に流れる吸気の流速を高めることで、燃焼室１３０内にタンブル流を発生させることができる（図８の矢印参照）。タンブル流が発生すると燃焼速度が向上し、内燃機関の冷間始動時等において燃焼効率を高めることができる。

図９及び図１０は、燃焼室１３０の上方側から吸気流制御装置１００を見た図であって、タンブル流生成時の燃焼室１３０内の吸気の流れと火炎伝播状態を示す図である。各図では、上方側から見た火炎形状Ｆをドットで示している。各図において矢印で示すように、燃焼室１３０内でタンブル流を発生させた場合、吸気側から排気側へ向かう吸気の流速が不均一になって双子渦（一対の横渦）成分が生じることがあり、かかる場合には、吸気側から排気側へ向かう流速が遅い領域に、排気側から吸気側へ向かう流れが生じる。

燃焼室１３０では、点火プラグの火花点火により発生した火炎が、その周囲に伝播していくが、燃焼室１３０内で吸気の流速が不均一になることにより、局所的に火炎伝播速度が遅い領域Ｘが発生する。なお、燃焼室１３０内の火炎伝播状態は、例えば特許文献２に記載されているように、火炎伝播状態を検出するセンサによって検出することができる。

特開２００７－３２７４８７号公報特開平５－３３７５５号公報

図９及び図１０に示すように、局所的に火炎伝播の遅い領域Ｘが生じると、この領域Ｘに起因してノッキングが発生する懸念がある。

ノッキングが発生すると、エンジンの燃費性能や出力性能に影響を及ぼすことから、タンブル流を発生させた際に、火炎伝播状態を適正な状態にしてノッキングの発生を防止できる技術の開発が求められていた。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、ノッキングの発生を防止してエンジンの燃費性能や出力性能を向上できる内燃機関の吸気流制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明にかかる内燃機関の吸気流制御装置は、吸気ポートに連通する吸気通路内に吸気の流れ方向に沿って設けられ、該吸気通路を二つの通路に仕切るとともに、所定の位置に前記二つの通路を連通する孔を有する隔壁プレートと、前記隔壁プレートの上流側に配設されて、前記二つの通路うち、一方の通路を開閉する弁体と、燃焼室内の火炎伝播状態を検出するセンサと、前記弁体が閉状態の場合に、前記センサの検出結果に基づいて、火炎伝播状態が所定の適正状態に近づくように、前記隔壁プレートの前記孔を開状態または閉状態にする孔開閉手段と、を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、隔壁プレートで仕切られた二つの通路の内、一方の通路を閉塞してタンブル流を発生させた際に、隔壁プレートに形成された孔を開状態にすることで、この孔から、弁体で閉塞された一方の通路を通って燃焼室へ入る吸気の流れを生成することができ、これによって、燃焼室内の吸気の流れ（吸気側から排気側へ向かう吸気流の流速）を調整することができる。これにより、センサの検出結果から火炎伝播状態が適正状態からずれている場合に、孔開閉手段によって隔壁プレートの孔の開閉状態を変化させて、燃焼室内の吸気の流れを調整し、局所的に火炎伝播速度が遅くなる領域が発生することを抑制することができ、その結果、ノッキングの発生を防止して、エンジンの燃費性能や出力性能を向上することができる。

また、本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置は、さらに、前記孔は、前記隔壁プレートの幅方向の中央部領域に形成された中央部孔を含み、前記孔開閉手段は、前記センサの検出結果に基づき、前記燃焼室内のタンブル流が、前記燃焼室を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が前記幅方向の中央領域で排気側から吸気側へ向かう第１の双子渦型と判断した場合に、前記中央部孔を開状態にし、前記第１の双子渦型ではない場合に、前記中央部孔を閉状態にすることを特徴とする。

この構成によれば、センサの検出結果により、燃焼室内のタンブル流が第１の双子渦型と判断した場合、すなわち、図９に示す双子渦成分を有するタンブル流が生じている場合に、隔壁プレートの幅方向の中央部領域に形成された中央部孔を開状態にすることで、該幅方向における燃焼室内の中央領域において吸気側から排気側へ向かう吸気の流速を高めることができる。これにより、吸気側から排気側へ向かう吸気の流れを均一化して、火炎伝播状態を適正状態に近づけることができる。これにより、ノッキングの発生を防止し、燃費性能や出力性能を向上することができる。

また、本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置は、さらに、前記孔は、前記隔壁プレートの幅方向の両側部領域に形成された一対の側部孔を含み、前記孔開閉手段は、前記センサの検出結果に基づき、前記燃焼室内のタンブル流が、前記燃焼室を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が前記幅方向の両側領域で排気側から吸気側へ向かう第２の双子渦型と判断した場合に、前記一対の側部孔を開状態にし、前記第２の双子渦型ではない場合に、前記一対の側部孔を閉状態にする。

この構成によれば、センサの検出結果により、燃焼室内のタンブル流が第２の双子渦型と判断した場合、すなわち、図１０に示す双子渦成分を有するタンブル流が生じている場合に、隔壁プレートの幅方向の両側部領域に形成された一対の側部孔を開状態にすることで、該幅方向における燃焼室内の両側領域において吸気側から排気側へ向かう吸気の流速を高めることができる。これにより、吸気側から排気側へ向かう吸気の流れを均一化して、火炎伝播状態を適正状態に近づけることができる。これにより、ノッキングの発生を防止し、燃費性能や出力性能を向上することができる。

また、本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置は、さらに、前記孔開閉手段は、前記隔壁プレートに積層配置され、該隔壁プレートの表面に沿ってスライド移動して前記孔を開閉する孔開閉プレートを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、隔壁プレートに対して積層配置された孔閉塞プレートにより、吸気通路を通る吸気流に乱れが生じることを抑制しながら、隔壁プレートの孔を開閉することができる。

また、本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置は、さらに、前記孔は、前記隔壁プレートの幅方向の中央部領域に該幅方向に間隔をおいて形成された一対の中央部孔と、前記隔壁プレートの幅方向の両側部領域に形成された一対の側部孔と、を含み、前記孔開閉手段は、前記隔壁プレートに積層配置され、該隔壁プレートの表面に沿ってスライド移動可能な第１の孔閉塞プレートおよび第２の孔閉塞プレートと、前記吸気通路の外部において互いに噛み合うギヤを介して、前記第１の孔閉塞プレートおよび前記第２の孔閉塞プレートを同時に移動させる駆動部と、前記センサの検出結果に基づいて前記駆動部を作動させる制御部と、を備え、前記第１の孔閉塞プレートは、前記一対の中央部孔の一方および前記一対の側部孔の一方を開閉可能であり、前記第２の孔閉塞プレートは、前記一対の中央部孔の他方および前記一対の側部孔の他方を開閉可能であり、前記制御部は、前記センサの検出結果に基づき、前記燃焼室内のタンブル流が、前記燃焼室を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が前記幅方向の中央領域で排気側から吸気側へ向かう第１の双子渦型と判断した場合に、前記駆動部を作動させて、前記一対の中央部孔を開状態にするとともに前記一対の側部孔を閉状態にし、前記燃焼室内のタンブル流が、前記燃焼室を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が前記幅方向の両側領域で排気側から吸気側へ向かう第２の双子渦型と判断した場合に、前記一対の中央部孔を閉状態にするとともに前記一対の側部孔を開状態にすることを特徴とする。

この構成によれば、隔壁プレートの中央部孔と両側部孔とを、第１及び第２の孔閉塞プレートを用いて同時に開閉制御することができる。また、燃焼室内のタンブル流が第１の双子渦型と判断した場合に、隔壁プレートの一対の中央部孔を開状態、一対の側部孔を閉状態にすることで、燃焼室内の中央領域において吸気側から排気側へ向かう吸気の流速を高めることができる。また、燃焼室内のタンブル流が第２の双子渦型と判断した場合に、隔壁プレートの一対の中央部孔を閉状態、一対の側部孔を開状態にすることで、燃焼室内の両側部領域において吸気側から排気側へ向かう吸気の流速を高めることができる。このように、燃焼室内の吸気流を調整することにより、吸気側から排気側へ向かう吸気の流れを均一化して、火炎伝播状態を適正状態に近づけることができ、その結果、ノッキングの発生を防止して、燃費性能や出力性能を向上することができる。

また、本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置は、さらに、前記センサは、前記燃焼室に設けられる点火プラグに内蔵されていることを特徴とする。

この構成によれば、装置の小型化を図ることができる。

本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置によれば、ノッキングの発生を防止してエンジンの燃費性能や出力性能を向上することができる。

本発明の一実施形態である内燃機関の吸気流制御装置の説明図。図１のＡ－Ａ線断面図。センサ内蔵型点火プラグを説明する斜視図。吸気流制御装置を燃焼室の上方側から見た図であって、吸気の流れと火炎伝播状態を説明する図。吸気流制御装置を燃焼室の上方側から見た図であって、吸気の流れと火炎伝播状態を説明する図。制御部による隔壁プレートの孔の開閉制御を示すフローチャート図。隔壁プレートの孔を開状態にした場合の吸気の流れを説明する図２と同様の図。従来の内燃機関の吸気流制御装置の説明図。図８に示す吸気流制御装置を燃焼室の上方側から見た図であって、吸気の流れと火炎伝播状態を説明する図。図８に示す吸気流制御装置を燃焼室の上方側から見た図であって、吸気の流れと火炎伝播状態を説明する図。

図１は、本発明の一実施形態である内燃機関の吸気流制御装置１０の説明図であって、吸気流制御装置１０を上面側から見た図であり、図２は、図１のＡ－Ａ線断面図である。本発明に係る内燃機関の吸気流制御装置１０は、例えば、自動車等の車両の内燃機関に適用される。

吸気流制御装置１０は、吸気通路１１を形成する吸気配管１２と、燃焼室１３を有するエンジン本体１４と、排気通路１５を形成する排気配管１６と、吸気通路１１内に配置された隔壁プレート２０と、隔壁プレート２０の上流側に配置された弁体であるタンブルジェネレータバルブ２６（以下、ＴＧＶ２６とも称する）とを備える。隔壁プレート２０には複数の孔２２が形成されており、吸気流制御装置１０は、この孔２２を開閉する孔開閉手段４０と、制御部６０とを備えている。燃焼室１３のほぼ中心位置には点火プラグ５０が設置されており、この点火プラグ５０には、図３に示すように、火炎伝播形状を検出するセンサ５２が内蔵されている。なお、図２では発明を理解しやすいように、Ａ－Ａ線上にない点火プラグ５０、後述する第２の軸部材４４及び第２のギヤ４６を側面視で示している。

吸気通路１１は、エンジン本体１４の上部に設けられたシリンダヘッドの吸気ポート１７Ａ，１７Ｂに連通する流路であり、吸気通路１１を形成する吸気配管１２は、吸気管と、吸気管とシリンダヘッドを接続するインテークマニホールドとを含んでいる。シリンダヘッドは、燃焼室の天井となるルーフ１８を構成しており、このルーフ１８に吸気ポート１７Ａ，１７Ｂと、排気ポート１９Ａ，１９Ｂとが形成されている。本実施形態では、１つの気筒に２つの吸気ポート１７Ａ，１７Ｂ及び２つの排気ポート１９Ａ，１９Ｂが設けられており、吸気通路１１を流れる吸気は２つの吸気ポート１７Ａ，１７Ｂに分配される。

各吸気ポート１７Ａ，１７Ｂは、吸気バルブ５３によって開閉され、吸気バルブ５３開弁したときに、吸気通路１１内の吸気が燃焼室１３内に導入される。各排気ポート１９Ａ，１９Ｂは、排気バルブ５４によって開閉され、吸気バルブ５３の開弁したときに排気バルブ５４が閉弁する。本実施形態では、隔壁プレート２０及びＴＧＶ２６が配置される領域において、吸気通路１１の断面が略四角形状となっており、この領域から吸気ポート１７Ａ，１７Ｂに向かう領域において、吸気通路１１及びその内部の部材が、上面視で幅方向Ｗ（隔壁プレート２０の幅方向Ｗと一致する）の中央位置を通る中心線に対して左右対称になるように形成されている。

燃焼室１３は、ルーフ１８の中央部に頂部を有するペントルーフ型に形成されており、この頂部に火炎伝播形状を検出するセンサ５２を内蔵した点火プラグ５０が設置されている。

センサ５２は、図３に示すように点火プラグ５０の周方向に沿って配置された複数の光ファイバプローブを有しており、各光ファイバプローブが検出した火炎データに基づいて、燃焼室１３内の火炎伝播状態を検出する。図３では、各光ファイバプローブの視野角を円錐状の仮想線で示しており、符号５９は、燃焼室１３を形成するシリンダ内を往復運動するピストンを示している。なお、センサ５２は、光ファイバプローブを用いたものに限られず、イオンプローブを用いたもの等、火炎伝播状態を検出可能な公知の装置を適宜用いることが可能である。また、センサ５２は、点火プラグ５０に内蔵されていなくてもよいが、本実施形態のように内蔵型とすることで装置の小型化を図ることができる。

隔壁プレート２０は、吸気通路１１を形成するインテークマニホールドに設けられ、通気通路１１を第１の通路１１ａ及び第２の通路１１ｂの２つの通路に区画するものである。隔壁プレート２０は、吸気通路１１に固定されており、平板状であって、吸気通路１１の流れ方向に沿って伸長している。本実施形態では、上方側（燃焼室１３のルーフ１８の頂部側）に位置する第１の通路１１ａが、下方側の第２の通路１１ｂよりも流路が広くなっている。なお、流路の広さはこれに限られず、第２の通路１１ｂに対して、第１の通路１１ａを狭くしてもよく、同じ広さにしてもよい。

ＴＧＶ２６は、平板状の弁本体２７Ａと、弁本体２７Ａを回動可能に支持する弁シャフト２７Ｂと、弁シャフト２７Ｂを回転駆動させるモータ２８とを有する。弁シャフト２７Ｂは、吸気通路１１を貫通して吸気通路１１の幅方向Ｗに伸長している。弁本体２７Ａは、モータ２８の駆動力により弁シャフト２７Ｂとともに弁シャフト２７Ｂの軸周りに回転し、第１の通路１１ａを開放する開位置と、第１の通路１１ａを閉塞する閉位置とに移動する。

既述のとおり、隔壁プレート２０には、プレートを貫通する孔２２が形成されており、本実施形態では、隔壁プレート２０の幅方向Ｗに間隔をおいて複数の孔２２が形成されている。具体的には、隔壁プレート２０の幅方向Ｗの中央部領域に位置して幅方向Ｗに間隔をおいて形成された一対の中央部孔２３Ａ，２３Ｂと、幅方向Ｗの両側部領域に形成された一対の側部孔２４Ａ，２４Ｂと、を有する。図示例では、各中央部孔２３Ａ，２３Ｂ及び各側部孔２４Ａ，２４Ｂが、それぞれ、流れ方向に沿って配置された２つの孔２２で構成されているが、数は２つに限られず、１つ又は３つ以上とすることができる。

各孔２２は、隔壁プレート２０の下流側の端部に形成されていることが好ましい。本実施形態では、隔壁プレート２０の下流側端部が２つに分岐して、吸気ポート１７Ａ，１７Ｂまで延びており、この分岐した端部の一方（吸気ポート１７Ａ側）に中央部孔２３Ａ及び側部孔２４Ａが形成され、他方（吸気ポート１７Ｂ側）に中央部孔Ｂ及び側部孔２４Ｂが形成されている。なお、隔壁プレート２０の下流側端部は、分岐していない形状であってもよい。

孔開閉手段４０は、中央部孔２３Ａ及び側部孔２４Ａを開閉する第１の孔閉塞プレート４１と、中央部孔Ｂ及び側部孔２４Ｂを開閉する第２の孔閉塞プレート４２と、隔壁プレート２０に対して各孔閉塞プレート４１，４２を移動させる駆動手段とを備える。

第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２は平滑な板状であって、隔壁プレート２０に積層配置される。本実施形態では、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２が平面視で略長方形状に形成されており、互いに厚さ方向で重ならないように、隔壁プレート２０の上面に下流側が開いたハの字状に配置されている。

孔開閉手段４０の駆動手段は、第１の軸部材４３と、第１の軸部材４３と平行に配置された第２の軸部材４４と、第１の軸部材４３の外周に嵌装された第１のギヤ４５と、第２の軸部材４４の外周に嵌装された第２のギヤ４６と、第１の軸部材４３又は第２の軸部材４４を回転駆動する駆動部４８とを備える。

第１及び第２の軸部材４３，４４は、図１及び図２に示すように、隔壁プレート２０の幅方向Ｗの中央部領域に、幅方向Ｗに並んで配置されている。第１の軸部材４３は、第１の孔閉塞プレート４１の上流側かつ第２の孔閉塞プレート４２と近接する側の端部と、隔壁プレート２０とを貫通しており、これらの表面に対して略垂直に延びている。第２の軸部材４４は、第２の孔閉塞プレート４２の上流側かつ第１の孔閉塞プレート４１と近接する側の端部と、隔壁プレート２０とを貫通しており、これらの表面に対して略垂直に延びている。本実施形態ではさらに、各軸部材４３，４４が吸気通路１１を上下方向に貫通しており、その両端部がインテークマニホールドに軸支されているとともに、該両端部の間の中間部が隔壁プレート２０に軸支されている。

第１のギヤ４５、第２のギヤ４６及び駆動部４８は、通気通路１１の外部に設けられる。第１及び第２のギヤ４５，４６のそれぞれは、第１及び第２の軸部材４３，４４のそれぞれの外周に固定されている。駆動部４８は、例えばモータ等であって、本実施形態では第２の軸部材４４の端部に取付けられている。

この孔開閉手段４０では、駆動部４８によって第２の軸部材４４が軸まわりに回動すると、第２のギヤ４６及び第１のギヤ４５を介して、第１の軸部材４３が、第２の軸部材４４とは反対方向に回動する。これにより、第１及び第２の軸部材４３，４４に固定された第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２は、それぞれ、隔壁プレート２０の表面をスライドするように、各軸部材４３，４４を中心に同時に回動する。

特に、本実施形態の孔開閉手段４０は、制御部６０によって駆動部４８を作動させることによって、図１に示すように、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２により全ての孔２２を閉塞した全閉位置と、図４に示すように、第１及び第２の中央部孔２３Ａ，２３Ｂを開状態にして第１及び第２の側部孔２４Ａ，２４Ｂを閉状態にする中央部開放位置と、図５に示すように、第１及び第２の中央部孔２３Ａ，２３Ｂを閉状態にして第１及び第２の側部孔２４Ａ，２４Ｂを開状態にする両側部開放位置とのいずれかに各孔閉塞プレート４１，４２を移動させることができる。

制御部６０は、ＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス及びこれらを接続するデバイス等を備えて構成されている。制御部６０は、点火プラグ５０、センサ５２、ＴＧＶ２６、及び孔開閉手段４０と電気的に接続されており、車両の運転状態等に応じて、これらを制御する。

また、制御部６０は、少なくともＴＧＶ２６が閉位置にある場合に、センサ５２の検出結果に基づいて、燃焼室１３内の火炎伝播状態を検出し、火炎伝播状態が適正状態であるかを判断する。火炎伝播は、燃焼室１３の中心部から同心円状に伝播することがノッキング抑制の観点から望ましいため、例えば、このような略同心円状に伝播する状態（図４及び図５の火炎形状Ｆを参照）を適正状態とし、図９及び図１０に示すように、局部的に火炎伝播速度が遅い領域Ｘが発生して、火炎形状Ｆが同心円状にならない場合を適正状態ではないと判断することができる。

本実施形態では、特に、図９の火炎形状Ｆのように、排気側の幅方向Ｗの略中央領域に、火炎伝播速度の遅い領域Ｘが発生している状態を第１の双子渦型とし、図１０の火炎形状Ｆのように、の幅方向Ｗの略中央領域に、火炎伝播速度の遅い領域Ｘが発生している状態を第２の双子渦型として、それぞれ適正状態ではないと判断しており、その他の場合を適正状態としている。

火炎形状Ｆが第１の双子渦型になる場合には、図９に示すように、燃焼室１３内のタンブル流が、燃焼室１３を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が幅方向Ｗの中央領域で排気側から吸気側へ向かう吸気の流れを形成している。また、火炎形状Ｆが第２の双子渦型になる場合には、図１０に示すように、燃焼室１３内のタンブル流が、燃焼室１３を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が幅方向Ｗの両側領域で排気側から吸気側へ向かう吸気の流れを形成している。このように、センサ５２が検出した火炎伝播状態から、タンブル流の状態が、第１の双子渦型であるか、第２の双子渦型であるか、それ以外であるかを検出することができる。

また、制御部６０は、ＴＧＶ２６が閉位置にある場合に、センサ５２の検出結果に基づいて、孔開閉手段４０の駆動部４８を作動させて、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２を全閉位置と、中央部開放位置と、両側部開放位置とのいずれかにし、これにより、隔壁プレート２０の孔２の開閉状態を変化させる。また、ＴＧＶ２６が開位置にある場合には、各孔閉塞プレート４１，４２を全閉位置にする。

上述した吸気流制御装置１０では、車両のエンジンの運転領域が高速回転や高負荷領域の場合には、ＴＧＶ２６が第１の通路１１ａを開放する開位置で保持される。この弁体１４の全開状態では、吸気通路１１内の吸気は、第１の通路１１ａ及び第２の通路１１ｂの双方を通過可能な状態となり、各通路１１ａ，１１ｂを通って吸気ポート１７Ａ，１７Ｂから燃焼室１３内へ流入する。一方、車両の冷間始動時や、エンジンの運転領域が低速回転又は低負荷領域の場合には、ＴＧＶ２６を開位置から閉位置に移動し、第１の通路１１ａを閉状態にして、燃焼室１３内にタンブル流（図２の矢印参照）を発生させる。

次に、上述した吸気流制御装置１０の動作を説明する。図６は、制御部６０による隔壁プレート２０の孔の開閉制御を示すフローチャート図である。以下、ステップ毎に順を追って制御部６０の処理を説明する。

まず、制御部６０は、ＴＧＶ２６からの信号に基づいて、ＴＧＶ２６が開状態であるか閉状態であるかを判断する（ステップＳ１１）。

ＴＧＶ２６が閉位置の場合、すなわち、燃焼室１３内にタンブル流を発生させている場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、センサ５２の検出結果から、燃焼室１３内のタンブル流が第１の双子渦型であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。タンブル流が第１の双子渦型である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、孔開閉手段４０の駆動部４８を作動させて第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２を中央部開放位置に移動させ（ステップＳ１３）、処理を終了（リターン）する。なお、ステップＳ１３において、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２が既に中央部開放位置にある場合には、それを維持する。

第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２が中央部開放位置になると、図７において太線矢印で示すように、第２の通路１１ｂを流れる吸気の一部が、第１及び第２の中央部孔２３Ａ，２３Ｂのそれぞれから、第１の通路１１ａ側に流入して燃焼室１３へ流れ込む。この吸気により、幅方向Ｗの中央部の吸気の流速が、第１及び第２の中央部孔２３Ａ，２３Ｂを開状態にするに比べて速くなる（図４の実線矢印ＳＦを参照）。

既述のとおり、火炎形状が第１の双子渦型の場合、図４において破線矢印で示すように、燃焼室１３内で、幅方向Ｗの中央領域に排気側から吸気側へ向かう流れが生じているが、第１及び第２の中央部孔２３Ａ，２３Ｂを開放して吸気の流れを変化させることにより、幅方向Ｗの中央領域において吸気側から排気側へ向かう吸気の流速を高めて、排気側から吸気側へ向かう流れを抑えることができ、吸気側から排気側へ向かう吸気の流れを均一化することができる。これにより、火炎伝播状態が、図４において火炎形状Ｆで示すように、燃焼室１３の中心部から略同心円状に伝播する状態（すなわち、適正状態）となる。

一方、ステップＳ１２において、タンブル流が第１の双子渦型ではない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、燃焼室１３内のタンブル流が第２の双子渦型であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。タンブル流が第２の双子渦型である場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、駆動部４８を作動させて第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２を両側部開放位置に移動させ（ステップＳ１５）、処理をリターンする。なお、ステップＳ１５において、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２が既に両側部開放位置にある場合には、それを維持する。

第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２が両側部開放位置になると、図７において太線矢印で示すように、第２の通路１１ｂを流れる吸気の一部が、第１及び第２の側部孔２４Ａ，２４Ｂのそれぞれから、第１の通路１１ａ側に流入して燃焼室１３へ流れ込む。この吸気により、幅方向Ｗの両側部の吸気の流速が、第１及び第２の側部孔２４Ａ，２４Ｂを開状態にする前に比べて速くなる（図５の実線矢印ＳＦを参照）。

既述のとおり、火炎形状が第２の双子渦型の場合、図５において破線矢印で示すように、燃焼室１３内で、幅方向Ｗの両側領域に排気側から吸気側へ向かう流れが生じているが、第１及び第２の側部孔２４Ａ，２４Ｂを開放して吸気の流れを変化させることにより、幅方向Ｗの両側領域において吸気側から排気側へ向かう吸気の流速を高めて、排気側から吸気側へ向かう流れを抑えることができ、吸気側から排気側へ向かう吸気の流れを均一化することができる。これにより、火炎伝播状態が、図５において火炎形状Ｆで示すように、燃焼室１３の中心部から略同心円状に伝播する状態（すなわち、適正状態）となる。

また、ステップＳ１４において、タンブル流が第２の双子渦型ではない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、孔開閉手段４０からの信号により、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２が全閉位置にあるか否かを判断する（ステップＳ１６）。全閉位置である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）には、処理をリターンする。全閉位置ではない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、駆動部４８を作動させて第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２を全閉位置に移動させ（ステップＳ１７）、処理をリターンする。

タンブル流を発生させており、そのタンブル流が第１の双子渦型でも第２の双子渦型でもない場合には、火炎伝播状態が適正状態であると判断することができる。かかる場合には、孔２２を全閉状態にして適正状態を維持する。

ステップＳ１１において、ＴＧＶが開位置にある場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２が全閉位置にあるか否かを判断し（ステップＳ１６）、全閉位置である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）には、処理をリターンし、全閉位置ではない場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）には、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２を全閉位置に移動させて（ステップＳ１７）、処理をリターンする。

なお、ステップＳ１３、ステップＳ１５又はステップＳ１７により、処理をリターンする場合には、所定の時間を経過してから処理をスタートすることで、孔２２の開閉状態を所定時間維持して、吸気の乱れを抑制することができる。

上述したように、本実施形態の吸気流制御装置１０では、ＴＧＶ２６を閉位置にしてタンブル流を発生させた際に、火炎伝播形状が所定の適正状態からずれている場合に、孔開閉手段４０により、隔壁プレート２０に形成された孔２２の開閉状態を変化させて、燃焼室１３内の吸気の流れを変えることにより、火炎伝播状態を適正状態に近づけることができる。これにより、局所的に火炎伝播速度が遅くなる領域が発生することを抑制して、ノッキングの発生を防止することができる。このように、ノッキングの発生を防止することで、エンジンの燃費性能や出力性能を向上することができる。

また、孔２２を開閉する第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２は、平滑な板状であって、隔壁プレート２０に積層された状態で、隔壁プレート２０の表面上をスライド移動するように構成されているため、各孔閉塞プレート４１，４２により、吸気通路１１を通る吸気流に乱れが生じることを抑制しながら、孔２２の開閉状態を変えることができる。

なお、本発明は上述した実施の形態や変形例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、吸気通路１１において、ＴＧＶ２６は、隔壁プレート２０の下側に位置する第２の通路１１ｂを開閉し、第２の通路１１ｂを閉塞して、第１の通路を通過する吸気によってタンブル流を発生させてもよい。かかる場合、孔閉塞プレート４１，４２は、隔壁プレート２０の下面側に積層配置されることが好ましい。

また、例えば、隔壁プレート２０に形成される孔２２は１つ以上であればよく、１つの場合には、隔壁プレート２０の中央部領域に形成される。また、孔２２の開閉状態により、ωタンブル型及び逆ωタンブル型のいずれか一方のみを抑制して、火炎伝播状態を適正状態にでき構造であってもよい。また、孔開閉手段４０は、上述したものに限られず、例えば、第１及び第２の孔閉塞プレート４１，４２を個別に移動させる構造であってもよい。

また、上述した吸気流制御装置１０は、エンジンを構成する気筒毎に設けることができ、各気筒で発生するタンブル流に応じて個別に制御することが可能である。

１０吸気流制御装置
１１吸気通路
１１ａ第１の通路
１１ｂ第２の通路
１３燃焼室
１５排気通路
２０隔壁プレート
２２孔
２３Ａ，２３Ｂ中央部孔
２４Ａ，２４Ｂ側部孔
２６ＴＧＶ（弁体）
４０孔開閉手段
４１第１の孔閉塞プレート
４２第２の孔閉塞プレート
５０点火プラグ
５２センサ

Claims

吸気ポートに連通する吸気通路内に吸気の流れ方向に沿って設けられ、該吸気通路を二つの通路に仕切るとともに、所定の位置に前記二つの通路を連通する孔を有する隔壁プレートと、
前記隔壁プレートの上流側に配設されて、前記二つの通路うち、一方の通路を開閉する弁体と、
燃焼室内の火炎伝播状態を検出するセンサと、
前記弁体が閉状態の場合に、前記センサの検出結果に基づいて、火炎伝播状態が所定の適正状態に近づくように、前記隔壁プレートの前記孔を開状態または閉状態にする孔開閉手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気流制御装置。
前記孔は、前記隔壁プレートの幅方向の中央部領域に形成された中央部孔を含み、
前記孔開閉手段は、前記センサの検出結果に基づき、前記燃焼室内のタンブル流が、前記燃焼室を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が前記幅方向の中央領域で排気側から吸気側へ向かう第１の双子渦型と判断した場合に、前記中央部孔を開状態にし、前記第１の双子渦型ではない場合に、前記中央部孔を閉状態にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
前記孔は、前記隔壁プレートの幅方向の両側部領域に形成された一対の側部孔を含み、
前記孔開閉手段は、前記センサの検出結果に基づき、前記燃焼室内のタンブル流が、前記燃焼室を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が前記幅方向の両側領域で排気側から吸気側へ向かう第２の双子渦型と判断した場合に、前記一対の側部孔を開状態にし、前記第２の双子渦型ではない場合に、前記一対の側部孔を閉状態にする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
前記孔開閉手段は、前記隔壁プレートに積層配置され、該隔壁プレートの表面に沿ってスライド移動して前記孔を開閉する孔開閉プレートを備えたことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
前記孔は、前記隔壁プレートの幅方向の中央部領域に該幅方向に間隔を置いて形成された一対の中央部孔と、前記隔壁プレートの幅方向の両側部領域に形成された一対の側部孔と、を含み、
前記孔開閉手段は、
前記隔壁プレートに積層配置され、該隔壁プレートの表面に沿ってスライド移動可能な第１の孔閉塞プレートおよび第２の孔閉塞プレートと、
前記吸気通路の外部において互いに噛み合うギヤを介して、前記第１の孔閉塞プレートおよび前記第２の孔閉塞プレートを同時に移動させる駆動部と、
前記センサの検出結果に基づいて前記駆動部を作動させる制御部と、を備え、
前記第１の孔閉塞プレートは、前記一対の中央部孔の一方および前記一対の側部孔の一方を開閉可能であり、
前記第２の孔閉塞プレートは、前記一対の中央部孔の他方および前記一対の側部孔の他方を開閉可能であり、
前記制御部は、前記センサの検出結果に基づき、
前記燃焼室内のタンブル流が、前記燃焼室を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が前記幅方向の中央領域で排気側から吸気側へ向かう第１の双子渦型と判断した場合に、前記駆動部を作動させて、前記一対の中央部孔を開状態にするとともに前記一対の側部孔を閉状態にし、
前記燃焼室内のタンブル流が、前記燃焼室を上方から見て回転方向が互いに逆となる一対の双子渦成分を有し、該一対の双子渦成分が前記幅方向の両側領域で排気側から吸気側へ向かう第２の双子渦型と判断した場合に、前記一対の中央部孔を閉状態にするとともに前記一対の側部孔を開状態にすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気流制御装置。
前記センサは、前記燃焼室に設けられる点火プラグに内蔵されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気流制御装置。